Тезисы
апрель 2017

Ефективні неорганічні в’яжучи на основі відходів теплових електростанцій


Дашкова Т. С. , Глуховський І. В. , Глуховський В. В.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Зниження енергоємності та матеріалоємності національного продукту є першочерговою задачею розвитку промислового комплексу України. У галузі будівельного виробництва ця задача може бути вирішена шляхом зменшення витрат основного мінерального в’яжучого – портландцементу, загальна енергоємність якого дорівнює 7500 МДж на тонну, та за рахунок залучення у промисловість будівельних матеріалів багатотоннажних відходів інших галузей промисловості. Одним з основних напрямів скорочення енергоємності будівельного виробництва, який відповідає існуючим світовим тенденціям, є зменшення кількості клінкерної складової у складі будівельних виробів, шляхом введення до складу цементів загальнобудівельного призначення активних мінеральних компонентів, які у більшості випадків представлені багатотоннажними відходами інших виробництв, що знайшло відображення у діючих в України нормативних документах.

В той же час, існує група техногенних відходів, використання яких до цього часу не передбачено до використання в будівельній галузі. Зумовлено це тим, що до тепер не відпрацьовані можливі технічні рішення, які дозволили б їх ефективне використання у якості неорганічних в'яжучих для виробництва будівельних виробів та конструкцій. До цієї групи, в першу чергу, необхідно віднести золошлаки теплових електростанцій, які представляють собою тверді продукти згоряння твердого палива та термічної обробки його мінеральної складової. Фазовий склад більшості золошлаків представлений великою кількістю скла (60-90 мас. %), що є наслідком високотемпературної обробки цього продукту. Мінеральна складова представлена в основному силікатами, алюмосилікатами, з’єднаннями заліза, кальцію та магнію. Відсутність технологій переробки вказаного промислового відходу обумовлює значні розміри золовідвалів, площа яких постійно збільшується. Використання в якості неорганічного в'яжучого золошлаків теплових електростанцій, дозволить значно скоротити енергоємність будівельного виробництва та буде сприяти зменшенню забруднення навколишнього середовища.

Питома вага теплових електростанцій (ТЕС) у загальній структурі виробництва електричної енергій України складає більше 40%. Рівень утилізації твердих відходів – золошлаків, що утворюються при експлуатації ТЕС, на теперішній час, не перевищую 3%, тоді як у країнах ЕС цей показник складає 90%. Це призводить до необхідності щорічного збільшення площі золовідвалів, яка на теперішній час становить більше 22 тис. гектарів, і потребує постійного збільшення витрат на їх експлуатацію і реконструкцію та транспортування. Вказана ситуація є наслідком відсутності ефективних технічних і технологічних рішень переробки золошлаку з метою його утилізації та залучення у виробництво в якості вторинної сировини.

В той же час, за своїм хімічним, гранулометричним та мінералогічним складом золошлаки ідентичні природним мінеральним сировинним продуктам і, при наявності відповідних технологій, можуть бути ефективно використані у промисловому виробництві.

Дослідженнями встановлено, що розчинність продуктів термічної обробки глинистих мінералів підвищується із збільшенням температури обробки до 800°С та із зростанням рН розчину. Так розчинність кремнезему продукту термічної обробки каоліну при температурі 20°С складає 21 мг/л в розчині з рН=6,7, 828 мг/л в розчині з рН=12,8, тоді як розчинність кремнезему невипаленого каоліну у аналогічних умовах дорівнює 12 та 325 мг/л, відповідно. Аналогічна залежність спостерігається і для глиноземної складової продуктів випалу каоліну. Якщо розчинність Al2O3 невипаленого каоліну при температурі 20°С становить 1,6 мг/л, то аналогічній показник продукту випалу каоліну в розчині з рН=6,7 дорівнює 2,0 мг/л, а в розчині з рН=12,5-500 мг/л.

Визначені закономірності вказують на те, що при відповідному підборі складу робочого розчину існує можливість урівноважити процеси розчинення мінеральних продуктів випалу та процесів синтезу на основі вказаних продуктів гідросилікатів та гідроалюмінатів. В результаті урівноваження вказаних процесів можливо отримати водостійкі каменеподібні продукти із відповідними фізико-механічними характеристиками.

В таблиці наведені результати випробування неорганічного в'яжучого, яке було отримано на основі золошлаку Трипільської ТЕС з активаторами на основі лужного компоненту.

Таблиця 1 – Результати випробування неорганічного в'яжучого на основі золошлаку Трипільської ТЕС.

Характеристика Од. вимір. Значення
Міцність при стиску у віці 28 діб МПа 22,4
Міцність при стиску у віці 90 діб МПа 25,6
Середня густина у сухому стані кг/м3 1450
Коефіцієнт водостійкості % 98

Наведені результати досліджень вказують на те, що на основі золошлакового відходу Трипільської ТЕС можливо отримувати водостійке неорганічне в'яжуче, яке характеризується відносно високим показником міцності при стиску, збільшує міцність при подальшому твердінні та має високий показник водостійкості.